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原文传递二维电子海图数字水印技术研究

论文题名：	二维电子海图数字水印技术研究
关键词：	数字水印;电子海图;信息隐藏;内容特征;差值映射
摘要：	二维电子海图，具有高保真和高精度的特点，在船舶运输、海军装备以及海洋开发领域均具有重要价值。水印技术是实现数字内容安全保护的一种有效手段，它能标识地图自有的特征信息，因此特别适合二维电子海图的内容保护。国内外针对二维电子海图安全保护的研究较少，且水印实施策略在鲁棒性、篡改定位和传播分发方面均存在不足；此外，相对于其他数字载体，二维电子海图的数据耦合性低、图元类型丰富，水印嵌入操作实现更为困难。　　本文以二维电子海图数字水印模型为研究对象，以保障电子海图内容安全为研究内容，以实现二维电子海图安全应用，降低安全风险为目标，从二维电子海图无损水印方法、二维电子海图权限水印方法入手，通过对二维电子海图数字水印关键技术、算法的研究，不仅为电子海图水印技术奠定理论基础，也为海洋强国战略下海图数据的安全保护与认证提供一种有效的解决途径。主要研究内容如下：　　结合电子海图的结构特征与数据组织结构，本文提出了基于双特征的二维电子海图水印算法。数字地图水印本质上是一个信息隐藏问题，而常规的信息隐藏技术都是以内容扰动或数据有损为前提。结合电子地图的数据结构和文件结构，详细分析了二维电子海图内容及数据之间的内在联系。在此基础上，规划设计了数字水印的海图数据内容扰动模型，分析水印嵌入强度对海图原始数据精度的影响，控制好误差，并选择恰当的水印容量和嵌入参数。基于奇异值分解算法，获得供水印嵌入的参考位置初始集合，通过合理的灰度平衡方法获得水印嵌入的最大容量，并控制对地图的扰动幅度，实现数字水印的自适应嵌入和提取操作。　　基于小波平移尺度不变性理论，提出了基于差值映射的二维电子海图数字水印算法。考虑电子海图不同于常规矢量地图的精度多样性。所谓精度多样性，即电子海图同时使用了海洋地理坐标系统和陆地的地理经纬度信息，而海洋坐标系的精度约在10?7~10?9，而陆地坐标系精度可以达到10?13~10?15，因而，对于通过调整坐标值以嵌入数字水印的频域、空域算法来说，存在着诸多的不一致性。通过平移不变策略，将其转化为常规的二维电子地图，再通过基于梯度的特征点选择策略，向地图内不断嵌入水印信息，差值算法达到可用性和安全性的平衡，并能够较好地适应海图“图元类型复杂、数据耦合低”的特点。　　结合数字水印模型，提出了基于语义信息的二维电子海图水印算法。权限水印，属于可逆水印的一种，但权限水印标识包含了海图的操作特性和文件属性，通过解析水印标识可以限制用户操作权限。首先构建包含权限策略的水印标识，并通过自适应嵌入方法和无损水印方法将其嵌入到二维电子海图，之后在海图的具体操作环节，可通过驱动过滤及消息拦截等操作系统内核控制技术实现对于海图操作权限的拦截和放行操作。重点引入语义特征编码的概念，将数字地图权限信息编码后转换为语义图像的特征分类库，使得水印图像的特征具有了权限编码的定义。由于水印信息的检测和提取，转变为语义图像的特征匹配和语义解析，使得水印信息检测率得到了提升，能够更好地恢复水印的语义信息。　　本文提出的基于空间特征和属性特征的水印算法和基于平移不变的小波域策略，能够控制和降低水印算法对内容的扰动，结合提出的语义特征权限水印算法，能够抵抗多种形式攻击，具有较强的鲁棒性能，实现了二维电子海图的安全应用。
作者：	赖明珠
专业：	计算机应用技术
导师：	张国印
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文